顯色實(shí)驗最佳條件的探究設(shè)計

顯色反應(yīng)是將試樣中被測組分轉(zhuǎn)變成有色化合物的一類化學(xué)反應(yīng)，有配位顯色反應(yīng)和氧化還原顯色反應(yīng)之分。而在我們經(jīng)常接觸的化學(xué)反應(yīng)中就有許多顯色反應(yīng)，比如酸堿指示劑的顯色反應(yīng)、淀粉與碘水的顯色反應(yīng)、亞甲藍(lán)的反復(fù)變色反應(yīng)以及化學(xué)震蕩反應(yīng)等。

在這些顯色反應(yīng)中，有的具有趣味性，可以增加學(xué)生研究化學(xué)的興趣；有的具有實(shí)用性，可以用來指示終點(diǎn)以及檢測反應(yīng)靈敏性等。所以探討顯色反應(yīng)的最佳條件很有必要性。下面以淀粉與碘水的顯色反應(yīng)為例。

一、實(shí)驗原理

淀粉與碘的反應(yīng)是檢驗碘或淀粉存在的驗證性實(shí)驗。理論上本實(shí)驗現(xiàn)象顯示特征性的藍(lán)色，可是在平時實(shí)驗中常遇到這樣的問題：碘與淀粉作用不是藍(lán)中帶褐色就是藍(lán)中帶紫色，特征藍(lán)色不明顯，給實(shí)驗結(jié)果的判斷帶來困難，在這里筆者就該實(shí)驗的實(shí)驗原理和最佳反應(yīng)條件進(jìn)行一些探討。

淀粉分為直鏈淀粉和支鏈淀粉。原來普通淀粉中含有20%的直鏈淀粉，直鏈淀粉在熱水中形成一個螺旋管狀結(jié)構(gòu)，即淀粉的螺旋狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)剛好能容納碘鉆入并吸附成包合物。這種螺旋狀包合物的形成造成了能量的變化。同時它也出現(xiàn)了光學(xué)性質(zhì)的變化，使包合物出現(xiàn)藍(lán)色。支鏈淀粉與鹵素單質(zhì)作用呈紫色。實(shí)驗室中常用到直鏈淀粉這一試劑，因為它的水溶液與碘作用呈藍(lán)色這一特性不但可以用于定性檢驗淀粉或碘的存在，而且還用于定量分析，如氧化還原滴定法中碘量法就是用淀粉溶液作指示劑來指示終點(diǎn)的。

二、實(shí)驗方案

1.實(shí)驗器材與藥品：淀粉溶液、碘水、試管、酒精燈、燒杯、玻璃棒、石棉網(wǎng)、試管夾、1mol/LNaOH溶液、濃硫酸。

2.實(shí)驗條件的控制。

（1）實(shí)驗指標(biāo)和因素的確定。淀粉與碘的顯色反應(yīng)是一個多因素影響的實(shí)驗，比如溶液濃度、反應(yīng)溫度、溶液的酸堿度、淀粉的新鮮程度、溶劑均可影響到淀粉與碘的反應(yīng)。 在這里，我們首先考慮反應(yīng)物濃度對該反應(yīng)的影響，然后再考慮外界條件對反應(yīng)的影響。比如溫度、酸度和淀粉新鮮程度對反應(yīng)的影響。

（2）實(shí)驗水平的確定。(a)濃度對反應(yīng)的影響。

①取2支試管，分別加入濃度為1g/L、5g/L、10g/L的淀粉溶液2mL，再各加入0.25mL濃度為10g/L的碘溶液，振蕩，觀察其實(shí)驗現(xiàn)象。

②取3支試管，分別加入濃度為10g/L、20g/L、30g/L的碘水溶液0.25mL，再各加入濃度為10g/L的淀粉溶液，振蕩，觀察其實(shí)驗現(xiàn)象。

(b)溫度對反應(yīng)的影響。

取4支試管，各滴加濃度為10g/L的淀粉溶液2mL，然后再各加0.25mL濃度為10g/L的碘水溶液，將4支試管分別標(biāo)記為①②③④，將②號試管水溶液加熱至35℃，將③號試管加熱至45℃，將④號試管加熱至60℃，觀察其實(shí)驗現(xiàn)象。

(c)酸度對反應(yīng)的影響。

取8只試管進(jìn)行對比實(shí)驗，取其中一支加入2mL蒸餾水，用于顏色對比，另外7支分別加入0.25mL濃度為10g/L碘水溶液和2mL濃度為10g/L淀粉溶液及pH值從1~11不等的介質(zhì)溶液各15滴，觀察其實(shí)驗現(xiàn)象。

(d)淀粉新鮮程度對反應(yīng)的影響。

取4支試管，加入不同時期的淀粉溶液，各滴加2滴濃度為10g/L的碘水溶液，觀察其實(shí)驗現(xiàn)象。

3.實(shí)驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)。

(1) 淀粉濃度對反應(yīng)的影響。試管①中溶液顯藍(lán)紫色；試管②中溶液顯藍(lán)紫色；試管③中溶液顯藍(lán)色

(2) I2濃度對反應(yīng)的影響。試管①中溶液顯藍(lán)色；試管②中溶液顯藍(lán)紫色；試管③中溶液顯藍(lán)紫色。

(3) 溫度對反應(yīng)的影響。試管①中溶液顯藍(lán)色；試管②中溶液也顯藍(lán)色；試管③中溶液慢慢褪色，最后褪至無色，約過十分鐘，溶液又呈藍(lán)色，但是顏色變淺；試管④中溶液約過一分鐘后褪至無色，取出來后，約過半個小時，又呈藍(lán)色，但顏色變淺。

4.實(shí)驗結(jié)論。我們先固定碘水的濃度，改變淀粉的濃度，從實(shí)驗現(xiàn)象可以看出，淀粉的濃度為１g/L和5g/L時溶液為藍(lán)紫色，當(dāng)?shù)矸廴芤旱臐舛葹?0g/L時，溶液顯藍(lán)色，由此可見，10g/L為淀粉溶液的最佳濃度。得到淀粉溶液的最佳濃度后，我們將淀粉溶液的濃度固定為10g/L，改變碘水的濃度來探討碘水濃度對該反應(yīng)的影響。通過這組實(shí)驗可以看出，碘水濃度為20g/L和30g/L反應(yīng)過后溶液均顯藍(lán)紫色，當(dāng)其濃度10g/L時溶液顯藍(lán)色，所以10g/L為碘水溶液的最佳濃度。

上述內(nèi)容僅探討了某一孤立因素對淀粉與碘的顯色的影響，通過正交試驗的方法得出了該反應(yīng)的最佳條件。該反應(yīng)是在一般的普通化學(xué)實(shí)驗室進(jìn)行的摸索試驗，沒有借助什么先進(jìn)儀器，因而實(shí)驗條件有一定局限性。

◆(作者單位：安徽省宿松縣程集中學(xué))

責(zé)任編輯：周瑜芽